1. Assorbimento dei fotoni: Quando un fotone con energia sufficiente colpisce un materiale semiconduttore, può essere assorbito da un atomo del materiale.
2. Generazione di coppie elettrone-lacuna: Il fotone assorbito trasferisce la sua energia a un elettrone all'interno dell'atomo, provocando l'eccitazione dell'elettrone a un livello energetico più elevato. Ciò lascia un "buco" carico positivamente nella posizione originale dell'elettrone. L'elettrone eccitato e la lacuna costituiscono una coppia elettrone-lacuna.
3. Deriva e diffusione: La coppia elettrone-lacuna subisce processi di deriva e diffusione. Il campo elettrico presente nel materiale semiconduttore (dovuto alla polarizzazione applicata o al potenziale incorporato) fa sì che gli elettroni e le lacune si spostino verso i rispettivi elettrodi (regioni di tipo n e di tipo p).
4. Ionizzazione da impatto: Mentre l’elettrone e la lacuna si muovono attraverso il materiale semiconduttore, possono guadagnare abbastanza energia cinetica per staccare ulteriori elettroni dagli atomi con cui entrano in collisione. Questo processo, noto come ionizzazione per impatto, porta alla generazione di nuove coppie elettrone-lacuna.
5. Effetto valanga: Gli elettroni e le lacune appena creati possono subire ulteriori eventi di ionizzazione da impatto, portando a un effetto valanga. Ogni elettrone o lacuna può potenzialmente creare più coppie elettrone-lacuna aggiuntive attraverso la ionizzazione per impatto.
Come risultato di questo processo, un singolo fotone può innescare una cascata di eventi di ionizzazione, generando infine più portatori di carica. Il numero totale di portatori di carica prodotti può essere significativamente maggiore del singolo fotone originale, con conseguente amplificazione del segnale.
Fotomoltiplicatori e fotodiodi a valanga sono dispositivi elettronici che utilizzano questo fenomeno per rilevare e amplificare i segnali in condizioni di scarsa illuminazione, consentendo loro di essere misurati ed elaborati in modo efficace.
